代谢控制发酵-第二章代谢控制发酵的基本思想.pptVIP

一 微生物生物合成途径的遗传控制 （一）切断支路代谢 1. 营养缺陷突变株的应用 营养缺陷突变株：指原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养中外源补加该营养物质才能生长的突变型菌株。 图3-1　谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径 ①乙酰谷氨酸合成酶 ②乙酰谷氨酸激酶 ③NO乙酰谷氨酸醛脱氢酶 ④乙酰鸟氨酸转氨酶 ⑤NO乙酰谷氨酸O乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶 ⑥鸟氨酸氨甲酰基转移酶 ⑦精氨琥珀酸合成酶 ⑧精氨琥珀酸酶 （2）分支途径 （3）渗漏突变株的应用 （二）选育抗反馈调节突变株 所谓抗反馈调节突变株就是已解除了反馈调节作用的突变株 。在这些突变株中，因为反馈抑制或阻遏，或两者引起的自动调节作用已被削弱或解除，所以能合成较多的最终产物。 1 选育抗代谢类似物的突变株 突变前 突变后 2 酶特性的利用 3 营养缺陷型回复突变株的应用 调节酶的变构特性是由它的结构基因决定的，若调节酶因编码它的基因发生突变而失活，则有两种可能： 1 是编码为催化亚基与调节亚基的基因发生了变化 2 仅仅是编码催化亚基（或活性部位）的基因发生变化。 若通过再次突变，使调节酶的活性恢复，这时又有两种可能： 一是催化亚基和调节亚基恢复（或大体恢复）到第一次突变前那样的状态。 另一种是催化亚基得到恢复，而调节亚基却丧失了调节作用，这情况实质上是编码调节亚基的DNA突变，解除了反馈抑制作用。 因此可以采用营养缺陷型的回复突变的方法，从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中的调节酶解除反馈调节的调节突变株。 （三） 增加前体物的合成 通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株以及克隆某些关键酶的方法，增加目的产物的前体合成，有利于目的产物的大量积累。 将生物合成途径中的关键酶基因克隆到多拷贝载体上，使其大量扩增，从而增加目的产物前体物的合成。 改变细胞膜渗透性，把属反馈控制的因子---终产物迅速不断地排出细胞外，不使终产物积累到引起反馈调节的浓度，就可预防反馈控制。 （五）特殊调节机制的利用 2 平衡合成的利用 解除代谢互锁 二 生物发酵条件的控制（外因） 当菌株选育确定后，环境条件合适与否是发酵成败的重要因素。环境条件既影响微生物生长，又影响代谢速度和方向及产物形成与积累。现以谷氨酸棒杆菌（corynebacterium glutamic acid）发酵为例来说明控制发酵条件包括O2浓度、NH4浓度 、pH、磷酸盐浓度、生物素浓度等，环境条件改变，可使代谢转换方向，不生成Glu，而生成乳酸、琥珀酸、谷酰胺等产物。 （四）去除终产物 限量供给生物素，油酸缺陷型、甘油缺陷型等，改变细胞膜渗透性，从而使谷氨酸易透过细胞膜。 生物素：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关 多产物控制机制中，只有当与反馈控制有关的全部终产物同时过剩存在时，才产生完全的或最大的反馈抑制，任一种终产物单独过剩，完全不产生或产生部分的反馈控制作用。利用这种特性，可设法控制目的产物以外的终产物供给量。 1 多种产物控制机制的利用 选育高丝氨酸缺陷型，即高丝氨酸脱氢酶（HD）失活。 选育苏氨酸缺陷型，即高丝氨酸激酶（HK）失活。 可积累赖氨酸。 调节模式 应用实例 3 代谢互锁的利用 调节模式 从生物合成途径看，是受一种完全无关的终产物的控制。它只是在很高浓度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。 解除这一代谢互锁的方法: ①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼亮氨酸缺陷型菌株 ②选育抗亮氨酸结构类似物突变株 从遗传上解除亮氨酸对DDP合成酶的阻遏 4 优先合成的变换 调节模式 过量添加蛋氨酸，使HD控制在原来的1/3，可积累赖氨酸，进一步通过突变使HD再降到原来的1/3，可大量积累lys. HD：高丝氨酸脱氢酶 * * 第二章 代谢控制发酵的基本思想 第二节 代谢控制发酵的基本思想 微生物在正常情况下，通过细胞内自我调节，维持各个代谢途径的相互协调，使其代谢产物既不少又不会过多的积累，而人类利用微生物进行发酵则需要微生物积累较多的代